(57)【要約】【課題】本発明は、優れた圧力感度を有する新しい原理に基づく圧力検出素子を提供することを第１の目的とし、さらに、高温・高圧下でも使用可能な圧力検出素子を提供することを第２の目的としている。【解決手段】本発明に係る圧力検出素子は、圧力が作用する一面と該一面に相対する他面を備えた第１導電体と、圧力が作用する一面と該一面に相対するとともに前記第１導電体の他面に密着する他面を備えた第２導電体と、前記第１導電体と第２導電体の他面の夫々に設けられた電極と、前記電極に接続された導線とで構成されている。【選択図】        図１
2007033383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力が作用する一面と該一面に相対する他面を備えた第１導電体と、圧力が作用する一面と該一面に相対するとともに前記第1導電体の他面に密着する他面を備えた第２導電体と、前記第１導電体と第２導電体の一面の夫々に設けられた電極と、前記電極に接続された導線とを有する圧力検出素子。
【請求項２】
圧力が作用する一面と該一面に相対する他面を備えた第１導電体と、圧力が作用する一面と該一面に相対するとともに前記第1導電体の他面に密着する他面を備えた第２導電体と、前記第１導電体において該第１導電体の一面及び他面以外の部分に設けられた一対の電極と、前記電極に接続された導線とを有する圧力検出素子。
【請求項３】
前記第１導電体がセラミックスであり、前記第２導電体が金属である請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項４】
前記第１導電体及び第２導電体がセラミックスである請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項５】
前記第１導電体がピエゾ抵抗効果を有する請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項６】
前記第２導電体の他面は前記第１導電体の他面と、両端部のみで密接している請求項２に記載の圧力検出素子。
【請求項７】
圧力が作用する一面と該一面に相対するとともに前記第1導電体の一面に密着する他面を備えた第３導電体を有する請求項２に記載の圧力検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出素子に関するものであり、特に高圧高温下において使用するに好適な圧力検出素子に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力検出素子または荷重検出素子として金属式歪ゲージや半導体素子が一般的に使用されている。特に、シリコン単結晶を用いた半導体圧力検出素子は、金属式歪ゲージと比較し感度が数桁優れることから幅広い応用がなされている。しかしながら、シリコン単結晶を用いた半導体圧力検出素子は、シリコン単結晶の温度に対する検出特性が高温では劣化するため１５０℃以上では圧力の測定ができないという問題があった。加えて、半導体圧力検出素子は機械的強度が弱く、高圧下では単体で使用することが出来ないため耐圧容器に組み込んで測定を行っており、圧力検出装置の構成が複雑になりコスト高となる問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、高温高圧下での使用に耐えうる圧力検出素子の研究が数多くなされており、その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された圧力検出素子は、ＳｉＣを析出させたＳｉ３Ｎ４を主成分とする多結晶セラミックス材料を用いた半導体圧力検出素子であり、圧力を加えると電気抵抗が変化するＳｉＣのピエゾ抵抗効果を利用して圧力を検出している。この圧力検出素子はＳｉ３Ｎ４とＣを焼結反応させＳｉＣを析出させることにより製造される。
【０００４】
かかる圧力検出素子によれば、高強度のセラミックス材料であるＳｉ３Ｎ４を主成分とするので耐圧容器等に組み込まなくても高い圧力を測定可能であり、かつ、１５０℃以上の高温でも圧力検出素子が酸化等で性能劣化すること無く測定可能であるという利点がある。しかしながら、この圧力検出素子を発明者が作成し確認したところによれば、この圧力検出素子は、圧力変化に対する電気抵抗の変化量すなわち圧力感度が低いという問題があった。
【特許文献１】特開２００４-２０３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するため発明者が鋭意検討してなされたものであり、優れた圧力感度を有する新しい原理に基づく圧力検出素子を提供することを第１の目的とし、さらに、高温・高圧下でも使用可能な圧力検出素子を提供することを第２の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、本発明について、その実施態様に基づき理解のため図面１〜４を参照し説明する。
本発明に係る第１態様の圧力検出素子は、図１（ａ）に示すように、少なくとも、圧力が作用する受圧面（一面）１１１と該受圧面１１１に相対する密接面（他面）１１２を備えた第１導電体１１と、圧力が作用する受圧面（一面）１２１と該受圧面１２１に相対するとともに前記第１導電体１１の密接面１１２に密着する密接面（他面）１２２を備えた第２導電体１２と、前記第１導電体１１と第２導電体１２の受圧面１１１、１２１の夫々に設けられた電極１４と、前記電極１４に接続された導線１５とで構成されている。なお、上記密接とは、第１導電体１１と第２導電体１２とが着離自在に機械的に密着されている状態をいう。かかる第１態様の圧力検出素子１によれば、第１導電体１１と第２導電体１２との密接面１１２、１２２が密接されてなる接触界面１３には電気的な抵抗、すなわち接触抵抗が形成される。そして、第１導電体１１と第２導電体１２との受圧面１１１、１２１に圧力Ｐが作用すると、該接触抵抗が圧力Ｐの大きさより変化する。
【０００７】
ここで、第１態様の圧力検出素子１において、圧力により電気抵抗が変化する原理を、第一態様の圧力検出素子１の電気的な等価回路図である図１（ｂ）に基づいて説明する。図中、符号Ｒ１は第１導電体１１の電気抵抗、符号Ｒ２は第２導電体１２の電気抵抗、符号Ｒ３は接触界面１３における抵抗を示しており、抵抗Ｒ１とＲ２は、第１導電体１１及び第２導電体１２の固有の抵抗であるので一定であるが、抵抗Ｒ３は、上記のように圧力Ｐの大きさで抵抗値が変化する可変抵抗である。この抵抗Ｒ３は第１導電体１１と第２導電体１２の接触状態に依存するため、圧力変化に対して非常に大きな変化を示す。この回路において全体の抵抗をＲ４とすると、抵抗Ｒ４の抵抗値は、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が直列で配置されているのでＲ１〜Ｒ３抵抗値の和となる。ここで、上記構成の圧力検出素子１では、抵抗Ｒ３の抵抗値は圧力Ｐが低い場合には高く、圧力が増加するに従って低くなる。したがって、この回路全体の抵抗Ｒ４は、圧力Ｐの増減にともなう抵抗Ｒ３の抵抗値の変化に基づき変化する。もって、第１導電体１１と第２導電体１２とが密接してなる接触界面１３を有する上記構成の圧力検出素子１は、圧力Ｐの変化により接触界面１３の抵抗Ｒ３が変化するという原理に基づく圧力感度を有することとなる。
【０００８】
本発明に係る第２態様の圧力検出素子は、図２（ａ）に示すように、圧力が作用する受圧面（一面）２１１と該受圧面に相対する密接面（他面）２１２を備えた第１導電体２１と、圧力が作用する受圧面（一面）２２１と該受圧面に相対するとともに前記第1導電体の密接面２１２に密着する密接面（他面）２２２を備えた第２導電体２２と、前記第１導電体２１において該第１導電体２１の受圧面２１１及び密接面２１２以外の部分に設けられた一対の電極２４と、前記電極２４に接続された導線２５とを有する圧力検出素子２である。かかる第２態様の圧力検出素子２によれば、第１導電体２１と第２導電体２２との密接面２１２、２２２が密接されてなる接触界面２３には電気的な抵抗、すなわち接触抵抗が形成される。そして、第１導電体２１と第２導電体２２との受圧面２１１、２２１に圧力Ｐが作用すると、該接触抵抗が圧力Ｐの大きさより変化する。
【０００９】
ここで第２態様の圧力検出素子において、圧力によって電気抵抗が変化する原理を、圧力検出素子２の電気的な等価回路である図２（ｂ）に基づいて説明する。図中の符号Ｒ１は第１導電体２１の電気抵抗、符号Ｒ２は第２導電体２２の電気抵抗、符号Ｒ３が接触界面２３における接触抵抗を示している。この回路において全体の抵抗をＲ４とすると、Ｒ４の抵抗値は、数式  １／Ｒ４＝１／Ｒ１＋１／（Ｒ２＋Ｒ３）  で表すことができる。
この回路において抵抗Ｒ１とＲ２はそれぞれ第１導電体２１、第２導電体２２の固有の電気抵抗であり一定値であり、抵抗Ｒ３は、圧力Ｐが小さい状態では抵抗値が大きく、圧力が増加するにつれて抵抗値が減少する可変抵抗である。この抵抗Ｒ３の値は、接触界面２３の接触状態に依存し圧力変化に対して非常に大きな抵抗変化を示す。つまり、圧力Ｐが０に近い状態では接触抵抗Ｒ３は無限大に近いほど大きいので、ほとんどの電流は抵抗Ｒ１（すなわち第１導電体２１）を通じたルートで流れ、回路全体の抵抗Ｒ４の値は抵抗Ｒ１とほぼ同じになる。一方、受圧面１１１、１２１に圧力Ｐが作用すると、接触界面２３が密着して抵抗Ｒ３が減少するため、抵抗Ｒ１のみならず抵抗Ｒ３及びＲ２（すなわち接触界面２３と第２導電体２２）を通じたルート（以下バイパス回路という。）にも並列して電流が流れるようになる。そして、圧力Ｐが増加すると接触抵抗Ｒ３が減少しバイパス回路を流れる電流が大きくなるので、上記数式右辺におけるバイパス回路の電気抵抗（１／（Ｒ２＋Ｒ３））が変化し、そのため、抵抗Ｒ１〜Ｒ３の合成抵抗である回路全体の電気抵抗Ｒ４は大きく変化する。もって、第１導電体２１と第２導電体２２とが密接してなる接触界面２３を有する上記構成の圧力検出素子２は、圧力Ｐの作用により形成されるバイパス回路の抵抗値が、圧力Ｐの変化により変化するという原理に基づく圧力感度を有することとなる。
【００１０】
上記第１態様又は第２態様の圧力検出素子１，２において、第１導電体１１、２１がセラミックス、第２導電体１２、２２が金属で構成されていれば好ましい。第１導電体１１、２１をセラミックスとすることにより、高い圧力まで測定することが可能となり、第２導電体１２、２２を導電率の高い金属を使用することにより、優れた圧力感度の圧力検出素子１，２を得ることができるからである。ここで第１導電体１１，２１のセラミックスの材質としてはカーボン、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、酸化銀、酸化銅、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、酸化物及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種またはそれらの二種以上を含むものを使用することができる。さらに、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、アルミナ、イットリア、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コージェライト、アルミニウムチタネートのいずれか一種またはそれらの二種以上を含む絶縁性の化合物に、導電性の前記セラミックスや金属粒子を分散させた導電性セラミックスを使用することができる。第２導電体１２、２２の金属元素としては遷移金属元素、インジウム、錫のいずれか一種またはそれらの二種以上を含む合金を使用することができる。
【００１１】
上記第１態様又は第２態様の圧力検出素子１，２において、第１導電体１１、２１と第２導電体１２、２２がセラミックスで構成されていれば好ましい。第１導電体１１，２１と第２導電体１２、２２を共にセラミックスで構成することによって、高圧下においても圧力を検出することが可能となり、且つ高温下でもセラミックスは化学的に安定で変質しにくいために高温下でも圧力を検出することが可能な圧力検出素子を得ることができるからである。ここで第１導電体１１、２１及び第２導電体１２、２２のセラミックスの材質としては、カーボン、炭化珪素、酸化錫、酸化インジウム、酸化銀、酸化銅、IV、V、VI族の遷移金属元素の炭化物、窒化物、ホウ化物、珪化物、酸化物及びこれらの化合物で構成される複合化合物の一種またはそれらの二種以上を含むものを使用することができる。さらに、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、アルミナ、イットリア、ムライト、ジルコニア、マグネシア、コージェライト、アルミニウムチタネートのいずれか一種またはそれらの二種以上を含む絶縁性の化合物に導電性の前記セラミックスや金属粒子を分散させた導電性セラミックスを使用することができる。
【００１２】
上記第１態様又は第２態様の圧力検出素子１、２において、第１導電体１１、２１は、圧力により電気抵抗が変化する性質すなわちピエゾ抵抗効果を有するものであれば好ましい。第１導電体１１、２１としてピエゾ抵抗効果を有する材料例えばシリコン単結晶、炭化珪素などを選択することにより、上記第１態様又は第２態様の圧力検出素子１，２の接触抵抗やバイパス回路による圧力に対する電気抵抗の変化が第１導電体１１、２１自体の圧力に対する電気抵抗の変化に相乗し、さらに優れた圧力感度を有する圧力検出素子１、２を得ることができるからである。
【００１３】
上記第１態様又は第２態様の圧力検出素子において、第２導電体の密接面は第１導電体の密接面と、両端部のみで密接するよう構成されていることが望ましい。本第３態様の圧力検出素子３について図３に示す。圧力検出素子３は、上記圧力検出素子２と同様な第１導電体３１、電極３４及び導線３５とを有するとともに、紙面において水平方向に導線３５を通じて流れる電流の通電方向において中央部が凹状に除去されてなる第２導電体３２とを有し、第２導電体３２の両端部に形成された密接面３２２と第１導電体３１の密接面３１２が密接して接触界面３３が形成される構成となっている。かかる構造の圧力検出素子３によれば、上記第１態様及び第２態様の圧力検出素子１、２に比べて第１導電体３１と第２導電体３２との接触する面積が減少し、接触界面３３における接触面圧が高くなるので、密接面３３における圧力の変化に対する電気抵抗の変化量が大きくなり（すなわち可変抵抗Ｒ３の変化率が大きくなり）、その結果、優れた圧力感度の圧力検出素子を得ることができる。
【００１４】
さらに、上記第２態様の圧力検出素子において、圧力が作用する受圧面（一面）と該受圧面に相対するとともに前記第１導電体の受圧面に密着する密接面（他面）を備えた第３導電体を有する構成とすることが望ましい。本第４態様の圧力検出素子４について図４に示す。圧力検出素子４は、上記第２態様の圧力検出素子と同様な構成の第１導電体２１、第２導電体２、電極２４及び導線２５と、圧力Ｐが作用する受圧面４３１と該受圧面４３１に相対するとともに第１導電体２１の受圧面２１１に密着する密接面４３２を備えた第３導電体４３とで構成されている。このように第１導電体２１を介して第２導電体２２と同様な第３導電体４３を設けることで、上記説明したバイパス回路が第１導電体２１と第３導電体４３の間にも形成され、その結果、圧力変化に対する電気抵抗の変化量が更に増加するので、より高い圧力感度を有する圧力検出素子を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記説明したように、本発明によれば、第１導電体と第２導電体との機械的な接触を利用して圧力を検出する新規な圧力検出素子を提供することができる。かかる圧力検出素子は構造が比較的シンプルであり、第１導電体又は第２導電体のいずれかを金属で構成することにより優れた圧力感度を有する圧力検出素子を提供できるとともに、第１導電体及び第２導電体をセラミックスで構成することにより高温・高圧下でも使用可能な比較的高い圧力感度を有する圧力検出素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を、その実施例によって具体的に説明する。なお、以下説明する実施例１は上記実施態様１の、実施例２〜１３及び比較例２，３は上記実施態様２の、実施例１４は上記実施態様３の、実施例１５、１６は上記実施態様４の圧力検出素子１〜４を実施した例である。
【００１７】
（実施例１）：実施態様１
実施例１は、第１導電体１１、第２導電体１２ともにセラミックスであるＳｉＣを用いた例である。
第１導電体１１と第２導電体１２の製造方法について説明する。第１導電体１１、第２導電体１２として、ＳｉＣタブレット（高純度化学製、純度２Ｎ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを準備した。第１導電体１１、第２導電体１２ともに、３ｍｍ×１２ｍｍの一面を受圧面１１１、１２１とし、該受圧面１１１、１２１にＣｕ電極１４をロウ付けした。次いで、そのＣｕ電極１４に導線でありΦ０．６ｍｍのＣｕリード線１５をハンダで接続した。その後、第１導電体１１の密接面１１２に第２導電体１２の密接面１２２を密接させ、圧力検出素子１を完成した。
次に、完成した圧力検出素子１の銅リード線１５にミリオームメータを接続し、上記受圧面１１１、１２１に所定の圧力変化を作用させ電気抵抗率の変化率を測定し、圧力検出素子１の圧力感度を評価した。測定条件は、１）圧力変化：０〜２０ＭＰａ、２）測定温度：２５℃、２００℃、である。測定結果を表１に示す。なお、以下実施例２〜１６及び比較例１〜３でも同様な方法で、完成した圧力検出素子２，３の評価を行なった。
【００１８】
（実施例２）：実施態様２
実施例２は、第１導電体２１としてセラミックスであるＳｉＣ、第２導電体２２として金属であるＣｕを使用した例である。
第１導電体２１は、次のようにして作成した。β−ＳｉＣ粉末（高純度化学製、型番：ＳＩＩ０１ＦＡ）を４５ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を３．５ｇ及びＹ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を１．５ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行い、混合粉を得た。混合粉を乾燥して乾燥粉を得、次いで乾燥粉を成型しΦ３６ｍｍ×厚さ１０ｍｍの成型体を作成した。成型体を、焼結温度１８００℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａにて窒素雰囲気中でホットプレス焼結を行い、焼結体を作成した。焼結体を、３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工し、これを第１導電体２１として使用した。
第２導電体２２は、Ｃｕタブレット（高純度化学製、型番：ＣＵＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。
上記第１導電体２１及び第２導電体２２を組み立てて圧力検出素子２を作製した。第１導電体２１の３ｍｍ×１２ｍｍの一面を受圧面２１１と、受圧面２１１に相対する面を密接面２１２とし、該受圧面２１１と密接面２１２とを含まない面、本実施例の場合には３ｍｍ×３ｍｍの２面にそれぞれ厚さ１ｍｍのＣｕ電極２４をロウ付けした。次いで、該Ｃｕ電極２４に導線であるΦ０．６ｍｍのＣｕリード線２５をハンダで接続した。その後、第１導電体２１と第２導電体２２の密接面２１２、２２２同士を密着させて圧力検出素子２を完成し、上記と同様に圧力感度を測定した。なお、上記圧力検出素子２の組立方法は、以下の実施例３〜１４及び１６並びに比較例２，３でも同様である。
【００１９】
（実施例３）：実施態様２
実施例３は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２として金属であるＡｌを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、Ａｌタブレット（高純度化学製、型番：ＡｌＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２０】
（実施例４）：実施態様２
実施例４は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２として金属であるＮｉを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、Ｎｉタブレット（高純度化学製、型番：ＮｉＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２１】
（実施例５）：実施態様２
実施例５は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２として金属であるＡｕを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、Ａｕタブレット（高純度化学製、型番：ＡｕＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２２】
（実施例６）：実施態様２
実施例６は、第１導電体２１としてＣによって導電性を付与したセラミックスであるＳｉ３Ｎ４、第２導電体２２としてＣｕを使用した例である。
第１導電体２１は、次のようにして作成した。α‐Ｓｉ３Ｎ４粉末（平均粒径２μｍ）を３８．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を３．０ｇ、焼結助剤としてＡｌ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。乾燥後Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成し、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結を行った。得られた焼結体を実施例２と同一寸法に加工し、第1導電体２１として使用した。
第２導電体２２として、Ｃｕタブレット（高純度化学製、型番：ＣＵＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２３】
（実施例７）：実施態様２
実施例７は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２としてＳｉ３Ｎ４を使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第１導電体２１として使用した。また、実施例６と同様な方法で作製したＳｉ３Ｎ４焼結体を第２導電体２２として使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２４】
（実施例８）：実施態様２
実施例８は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２としてセラミックスであるＷＣを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、WCのタブレット（高純度化学製、純度２N）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２５】
（実施例９）：実施態様２
実施例９は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２としてセラミックスであるＴｉＮを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、ＴｉＮのタブレット（高純度化学製、純度２N）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２６】
（実施例１０）：実施態様２
実施例１０は、第１導電体２１、第２導電体２２共にＳｉＣを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第１導電体２１及び第２導電体２２として使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２７】
（実施例１１）：実施態様２
実施例１１は、第１導電体２１、第２導電体２２共にＳｉ３Ｎ４を使用した例である。
実施例６と同様な方法で作製したＳｉ３Ｎ４焼結体を第１導電体２１及び第２導電体２２として使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例１２）：実施態様２
実施例１２は、第１導電体２１としてピエゾ抵抗効果を有するＳｉＣを含有するＳｉ３Ｎ４セラミックスを使用し、第２導電体２２としてＳｉＣを使用した例である。
第１導電体２１は次のように作製した。α‐Ｓｉ３Ｎ４粉末（平均粒径２μｍ）を３２．０ｇ、Ｃ粉末（高純度化学製、型番：ＣＣＥ０１ＰＡ）を９．０ｇ秤量し、カーボンのるつぼに入れて１５００℃×２時間、Ａｒ雰囲気で仮焼した。仮焼粉に、焼結助剤として焼結助剤として高純度化学製Ａｌ２Ｏ３（ＡＬＯ０５ＰＡ）を６．０ｇ、Ｙ２Ｏ３（高純度化学製、型番：ＹＹＯ０１ＰＡ）を３．０ｇ秤量し、エタノール中でボールミル混合を行った。乾燥後、Φ３６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの成形体を作成し、ホットプレスにて、焼結温度１６５０℃、保持時間２時間、加圧力５０ＭＰａ、窒素雰囲気中で焼結を行った。この焼結体を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工し、第1導電体２１として使用した。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第２導電体２２として使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００２９】
（実施例１３）：実施態様２
実施例１３は、第１導電体２１、第２導電体２２共にＣｕを使用した例である。
第１導電体２１及び第２導電体２２として、Ｃｕタブレット（高純度化学製、型番：ＣｕＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００３０】
（実施例１４）：実施態様３
実施例１４は、第１導電体３１としてＳｉＣを使用し、第２導電体３２としてＳｉＣを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を実施例２と同一寸法の角棒状に加工し、第1導電体３１として使用した。第２導電体３３として、実施例２と同様の方法で作製したＳｉＣ焼結体を、図３に示すように、３×１２ｍｍの面の中央部から３×６ｍｍの面積に深さ０．２ｍｍの溝を入れ、両端部にて３×３ｍｍの面積がそれぞれ残るようにコの字型に加工したものを使用した。
第１導電体３１にＣｕ電極３４をロウ付けし、Ｃｕ電極３４にリード線３５を接続し、第１導電体３１の密接面３１１と第２導電体３２の密接面３２２とを密接させて圧力検出素子３を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表1に示す。
【００３１】
（実施例１５）：実施態様４
実施例１５は、第１導電体２１としてＳｉＣ、第２導電体２２としてＣｕ、第３導電体４３としてＣｕを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２及び第３導電体４３として、Ｃｕタブレット（高純度化学製、型番：ＣＵＥ０１ＣＡ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。
上記第１導電体２１、第２導電体２２及び第３導電体４３を組み立てて圧力検出素子４を作製した。第１〜第３導電体２１、２２、４３のそれぞれの３ｍｍ×１２ｍｍの一面を受圧面２１１、２２１、４３１とし、受圧面２１１、２２１、４３１に相対する面を密接面２１２、２２２、４３２と定めた。次いで、第１導電体２１の３ｍｍ×３ｍｍの両端面に厚さ１ｍｍのＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４に導線であるΦ０．６ｍｍのＣｕリード線２５をハンダで接続した。次いで、第１導電体２１の密接面２１２と第２導電体２２の密接面２２２を密接させるとともに第１導電体２１の受圧面２１１に第３導電体４３の密接面４３２を密接させ圧力検出素子４を組み立てた。そして、実施例２と同様に圧力感度を測定した。測定結果を表1に示す。
【００３２】
（実施例１６）：実施態様４
実施例１６は、第１導電体２１、第２導電体２２及び第３導電体４３共にＳｉＣを使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１、第２導電体２２及び第３導電体として使用し、実施例１５と同様の方法で圧力検出素子４を作製し、圧力感度を測定した。測定結果を表1に示す。
【００３３】
（比較例１）
実施例１２と同様の方法で作製したＳｉ３Ｎ４焼結体を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工し、３ｍｍ×３ｍｍの両端面に電極２４をロウ付けし、リード線２５を接続し圧力検出素子を作製した。そして、実施例２と同条件で３ｍｍ×１２ｍｍの面に圧力をかけ、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例２）：実施態様２
比較例２は、第１導電体２１としてＳｉＣを使用し、第２導電体２２に非導電性のＳｉ３Ｎ４を使用した例である。
実施例２と同様の方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。第２導電体２２として、Ｓｉ３Ｎ４タブレット（高純度化学製、純度２Ｎ）を３ｍｍ×３ｍｍ×１２ｍｍの角棒状に加工したものを使用した。
そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例３）：実施態様２
比較例３は、第１導電体２１としてＳｉＣを使用し、第２導電体２２として第１導電体２１よりも電気抵抗が１７７倍高いＳｉ３Ｎ４を使用した例である。
実施例２と同様な方法で作製したＳｉＣ焼結体を第1導電体２１として使用した。実施例１４と同様な方法で作製したＳｉ３Ｎ４焼結体を第２導電体２２として使用した。そして実施例２と同様に、第１導電体２１にＣｕ電極２４をロウ付けし、Ｃｕ電極２４にリード線２５を接続し、次いで、第１導電体２１と第２導電体２２とを密接して圧力検出素子２を組み立て、圧力感度を評価した。測定結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2007033383.tif 000003
【００３７】
本発明の実施例１では第１導電体と第２導電体の接触抵抗を利用することで優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られることを示した。実施例２〜１５ではバイパス回路の接触抵抗を利用し、優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られることを示した。実施例２〜５ではＳｉＣに導電性の高い金属を組み合わせることによって常温以下で優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られる事を示した。実施例６ではＳｉＣだけでなくＳｉ３Ｎ４に導電性の高い金属を組み合わせても優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られることを示した。実施例７〜１１ではセラミックス同士を組み合わせる事により、高温でも接触界面が酸化せず良好な接触界面が得られ、高温においても優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られる事を示した。実施例１２では第１導電体自体に圧力に対して電気抵抗が変化する素子を採用することによって、より優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られる事を示した。実施例１３では第１導電体と第２導電体をともに金属で構成しても優れた圧力感度をもった圧力検出素子が得られることを示した。実施例１４では第２導電体をコの字型に加工する事により、密接する面積を減らしてバイパス回路を形成する面の受ける圧力を高める事により、優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られる事を示した。実施例１５、１６ではバイパス回路を二つにすることでさらに優れた圧力感度を持った圧力検出素子が得られることを示した。
一方、比較例１は特許文献１に開示された方法で作製した試料であり、電気抵抗の圧力依存性は−０．０２％／ＭＰａと本発明に比べて高い圧力感度が得られない事を示した。比較例２、３では第２導電体に電気抵抗が高い材料を使用した場合は、接触界面における電気抵抗Ｒ３が小さくなっても、Ｒ１の値に比べてＲ２が非常に大きいためバイパス回路の電気抵抗が高く、結果全体の電気抵抗Ｒ４はほとんど変化せず優れた圧力感度は得られないことを示した。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の圧力センサ材料は、圧力に対する電気抵抗率の変化率が大きく、構成を変えれば高温・高圧化でも測定可能で、機械強度が高く耐久性・信頼性に優れるという特徴を有している。そのため、自動車のエンジン内の圧力計測（筒内圧力センサ）、ディーゼルエンジンのインジェクターに燃料を供給するコモンレールの圧力計測に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る第１態様の圧力検出素子の模式図及びその電気的等価回路図である。
【図２】本発明に係る第２態様の圧力検出素子の模式図及びその電気的等価回路図である。
【図３】本発明に係る第３態様の圧力検出素子の模式図である。
【図４】本発明に係る第４態様の圧力検出素子の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ （２，３）：圧力検出素子
１１ （２１、３１）：第１導電体
１２ （２２、３１）：第２導電体
１３ （２３、３３）：密接面
１４ （２４、３４）：電極
１５ （２５、３５）：導線
１１１（２１１）：第１導電体の受圧面
１１２（２１２）：第１導電体の密接面
１２１（２２１）：第２導電体の受圧面
１２２（２２２）：第２導電体の密接面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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